건강에 대한 소비자들의 관심 증가로 정제설탕(사탕수수당) 대신 꿀, 메이플시럽, 아가베시럽 등 천연당류의 소비가 증가하고 있다(Choi 등, 2021). 그러나 천연당류는 사탕수수당에 비해 10~20배 정도 가격이 높고 생산량이 적어 일부 사탕수수당이나 고과당옥수수시럽(high fructose corn syrup, HFCS) 등이 혼입된 부정 당류가 유통될 가능성이 있다(Thomas와 Hammond, 2020). 이는 주로 꿀, 메이플시럽 등 고가의 당류에 옥수수시럽, 설탕시럽 등 저가의 당류를 혼입하는 방법으로 유통시장 질서를 교란하고 있다고 보고되고 있다(Johnson, 2014). 최근에도 벌꿀에 저가의 액상과당을 혼입하여 천연벌꿀인 것처럼 표시하여 판매한 업체가 적발된 사례가 있다(MFDS, 2022a, 2022b).

최근 동위원소를 활용한 판별 연구는 식품 원재료의 주요 성분에 대한 동위원소를 측정하여 상대적인 비율의 차이를 통해 판별하는 방법인 Isotope Ratio Mass Spectrometer(IR-MS) 방법이 유럽연합 등 각국에서 활용되고 있다(Aoyama 등, 2017; Kelly 등, 2005; Rossmann, 2001). 안정동위원소 기법은 원산지를 판별하거나 혼입 여부를 감별하는 데 뛰어난 도구로, 벌꿀, 육류, 와인, 쌀, 과일주스, 고춧가루 등 혼입 여부 판별에 적용하려는 연구가 진행되어 왔다(Bong 등, 2012; Cho 등, 2012; Oh 등, 2021).

탄소동위원소비는 식물의 광합성 작용에 따라 칼빈(Calvin)순환 신진대사를 하는 C₃ 식물의 δ¹³C(‰) 값은 -35~-20‰이며, 해치-슬랙(Hatch-Slack) 신진대사를 하는 C₄ 식물의 δ¹³C(‰) 값은 약 -18~-7‰, CAM 식물은 -20~-10‰로 식물군에 따라 다른 탄소동위원소비 값을 가진다(Gremaud와 Hilkert, 2008).

식품공전에서도 2017년부터 벌꿀의 기준 규격 중 탄소동위원소비가 있으며, Association of Official Analytical Chemists(AOAC)에서도 벌꿀과 메이플시럽에 탄소동위원소비에 근거한 기준을 두고 있다(AOAC, 1990; MFDS, 2023). 동위원소 분석 기술을 활용하여 순수 벌꿀 판별에 관한 연구는 있으나(Cho 등, 2012; Kim 등, 2014; Kim 등, 2017), 당류가공품의 혼입 여부 검증을 위한 연구 자료는 그다지 많지 않다(Choi 등, 2021).

95%의 식물은 C₃ 식물에 속하여 벌꿀, 메이플시럽 등이 C₃ 당으로 분류되며, C₄ 식물인 사탕수수와 옥수수를 원료로 하여 생산되는 설탕과 고과당 옥수수시럽은 C₄ 당으로, Agave salmiana, Agave tequilana 등 CAM 식물로 만든 아가베시럽은 CAM 당에 속한다. 본 연구에서는 유통 고가 당류의 탄소동위원소비를 분석하여 혼입 여부를 검증하고 건전한 유통질서 확립과 기초자료를 제공하고자 한다.

실험 재료

본 실험에 사용된 실험 재료는 국내에서 유통 중인 벌꿀 및 당류가공품을 대상으로 대형마트, 인터넷 쇼핑몰에서 구매하였다. 벌꿀(honey) 48건, 사양벌꿀(sugar-fed honey) 10건, 메이플시럽(maple syrup) 23건, 아가베시럽(agave syrup) 17건, 설탕(sugar) 13건, 옥수수전분으로 만든 물엿(corn syrup) 20건, 쌀로 만든 물엿 및 올리고당(rice syrup) 10건 등 총 141건을 대상으로 실험을 수행하였다.

표준물질 및 시약

탄소동위원소비 분석을 위한 표준물질로는 국제원자력기구(International Atomic Energy Agency, IAEA)에서 인증한 glutamic acid(δ¹³C -26.3±0.04‰), glucose(δ¹³C -10.76±0.04‰)를 사용하여 분석하였다. 당 분석용 표준물질은 fructose(Sigma-Aldrich Co.), glucose(Sigma-Aldrich Co.), sucrose(Sigma-Aldrich Co.), maltose(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였다.

탄소동위원소비 분석

각 시료에 존재하는 안정동위원소 중 탄소동위원소비를 측정하기 위해 시료당 3회 반복하여 분석하였다. 탄소동위원소비 분석은 각 시료를 소량 채취(1~2 mg)하여 주석 캡슐(5×8 mm)에 넣고 원소분석기(elemental analyzer)가 연결된 동위원소 질량분석기 IR-MS(Delta V, Thermo Fisher Scientific)로 분석하였으며, 산화관과 환원관의 온도는 각각 1,020°C, 650°C로 하였고 오븐의 온도는 50°C로 하였다. 동위원소분석을 위한 표준 가스로는 이산화탄소(CO₂), 질소(N₂), 헬륨(He)을 이용하였다.

탄소동위원소비의 측정을 위한 질량분석기의 조건으로 electron voltage는 80 eV, extraction voltage는 85.01% AV로 하였다. 동위원소 비율의 측정은 표준물질 PeeDee Belemnite(PDB)의 동위원소 비율에 대한 시료의 동위원소 비율을 다음과 같은 식에 의해 계산하였고(Werner와 Brand, 2001), 각 샘플이 나타내는 안정동위원소비 값은 천분율(‰)로 나타내었다.

유리당 분석

유리당 분석은 식품공전 방법에 따라 수행하였다(MFDS, 2023). 시료 1~2 g을 증류수 50 mL에 용해한 후 acetonitrile을 가하여 100 mL로 정용한 다음, 0.45 μm 실린지 필터로 여과하여 액체크로마토그래피(high performance liquid chromatography, HPLC)(Alliance HPLC, Waters)로 분석하였다. 검출기는 refractive index detector(RI)이며, 컬럼은 carbohydrate column(250 mm, 4.6 mm), 주입량은 20 μL, 이동상은 75% acetonitrile, 유속 1.0 mL/min으로 분석하였다.

통계분석

모든 실험은 3회 이상 반복 측정하여 결과를 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 실험 결과에 대한 통계분석은 SPSS(Ver 21.0, IBM) 프로그램을 이용하여 분산분석(ANOVA) 하였다. 각 실험군 간의 유의적 차이는 Duncan’s multiple range test(P<0.05)로 검증하였다.

탄소동위원소비 분석 결과

식물의 주요 구성 성분인 탄수화물은 식물체의 종류에 따라 두 가지의 서로 다른 광합성 경로에 의해 만들어지며 그 경로에 따라 축적되는 탄소동위원소비가 다르다. 이는 칼빈 광합성 사이클을 이용한 C₃ 식물군(-21‰ 이하)과 해치-슬랙 광합성 사이클을 이용한 C₄ 식물군(-19‰ 이상)으로 분류되며, 이러한 구분은 벌꿀의 밀원 확인에 이용된다. 따라서 수집된 벌꿀의 순수 여부를 확인하기 위해 탄소동위원소비를 측정하였다(Kim 등, 2014).

벌꿀의 탄소동위원소비 측정값은 Table 1과 같다. 탄소동위원소비는 밀원에 따라 -26.92~-12.63‰ 범위로 나타났다. Kim 등(2014)이 보고한 결과와 유사하게 꿀벌이 채집하는 주요 밀원인 꽃은 대부분이 C₃ 식물로 이루어져 있고 우리나라 기후 특성상 꽃이 부족한 겨울에는 설탕시럽을 꿀벌의 먹이로 사용하고 있다. 이때 사용하고 있는 설탕시럽은 주로 사탕수수가 주원료로 제공되며, 이는 C₄ 식물 기원인 것으로 알려져 있다. 벌꿀의 큰 범위 측면에서 C₃ 식물 기원인 꽃꿀과 C₄ 식물 기원인 사양꿀로 나누어지는 것을 볼 수 있다. Kim 등(2014)의 연구에서 C₃ 식물군(-26~-22‰)과 C₄ 식물군(-14~-12‰)이 확연한 차이를 나타내어 본 연구의 결과 C₃ 식물군(-26~-22‰) 및 C₄ 식물군(-15.1~-12.6‰)과 유사하였다. 다만, 유통 벌꿀 48건 중 식품공전의 탄소동위원소비 기준인 -22.5‰을 초과하는 것은 총 3건으로 -12.81‰, -13.22‰, -14.51‰을 나타내어 천연벌꿀 제품이 아니고 설탕을 먹여서 키운 사양벌꿀이 유통되었을 것으로 보인다.

Table 1 . δ¹³C values on the nectar-source in commercial honey and sugar-fed honey.

Nectar (Number of samples)	Statistical index	δ13C range (‰) (Number of samples)
		−32∼−21 (C3)	−21∼−19	−19∼−11 (C4)
Acacia (17)	Average	−24.56±0.93 (17)bcd	－	－
	Min	−25.51
	Max	−22.64
Wild-flower (11)	Average	−24.91±1.43 (10)bc	－	−14.51±0.06 (1)a
	Min	−26.51		−14.58
	Max	−22.61		−14.47
Poly-flower (10)	Average	−24.02±0.71 (8)cd	－	−13.02±0.29 (2)b
	Min	−25.15		−13.22
	Max	−23.14		−12.81
Mandarin orange (2)	Average	−22.85±0.31 (2)d	－	－
	Min	−23.07
	Max	−22.63
Snowbell (3)	Average	−24.40±1.61 (3)bcd	－	－
	Min	−25.63
	Max	−22.58
Chestnut (2)	Average	−25.89±1.06 (2)ab	－	－
	Min	−26.64
	Max	−25.14
Linden (1)	Average	−26.90±0.03 (1)a	－	－
	Min	−26.92
	Max	−26.86
Eucalyptus-flower (1)	Average	−24.66±0.04 (1)bcd	－	－
	Min	−24.70
	Max	−24.64
Manuka (1)	Average	−25.96±0.04 (1)ab	－	－
	Min	−26.01
	Max	−25.92
Sugar-fed honey (10)	Average	－	－	−13.32±0.80 (10)b
	Min			−15.13
	Max			−12.63
Total (58)	－	－	－	－

The data were expressed as mean±SD of three independent determinations. Same letters (a-d) in each row are not significantly different at the 5% level using Duncan’s multiple range in ANOVA test..

Tosun(2013)은 순수한 벌꿀의 탄소동위원소비가 -25.73‰, Dorner와 White(1977)은 평균 -25.4‰, Banerjee 등(2015)은 -25.7‰, Kawashima 등(2019)은 -29.0~-24.3‰로 보고하여 유통 벌꿀의 결과와 유사하였다. 밀원별로 탄소동위원소비는 Table 1과 같다. 아카시아 벌꿀은 -24.56±0.93‰, 야생화꿀은 -24.91±1.43‰, 잡화꿀은 -24.02±0.71‰, 밤꿀은 -25.89±1.06‰, 때죽나무꿀은 -24.40±1.61‰, 피나무 꿀은 -26.90±0.03‰, 유칼리꿀은 -24.66±0.04‰, 마누카꿀은 -25.96±0.04‰, 감귤꽃 꿀은 -22.85±0.31‰을 보였다. 본 연구의 결과는 기존 연구자들에 의해 보고된 결과와 유사한 경향으로 C₃ 식물 그룹 범위(-27~-21‰)와 C₄ 식물 그룹 범위(-19‰ 미만)가 확연한 차이를 나타냄을 보였다(Banerjee 등, 2015; Dorner와 White, 1977; Kawashima 등, 2019; Kim 등, 2014).

메이플시럽, 아가베시럽, 올리고당, 물엿, 설탕 등의 탄소동위원소비 측정값은 Table 2와 같다. 쌀로 만든 물엿 및 올리고당, 메이플시럽은 C₃ 당, 아가베시럽은 CAM 당이고, 벌에게 설탕을 먹여 만든 사양벌꿀, 옥수수로 만든 물엿, 사탕수수당은 C₄ 식물유래 당이다. C₄ 당류인 옥수수 물엿은 평균 -11.94±0.39‰로 가장 높았으며, 사탕수수당은 -12.52±0.46‰로 다른 문헌과 유사하였다(Jahren 등, 2006; Padovan 등, 2007). Jahren 등(2006)은 옥수수 제품에서 -11.66~-10.22‰, 사탕수수당에서 -12.71~-11.59‰로 본 연구와 유사함을 보였다. 메이플시럽(n=22)의 탄소동위원소비는 -25.79~-24.61‰의 범위로 평균 -25.11‰을 보였다. Chartrand와 Mester(2019)는 캐나다산 메이플시럽(n=18)의 탄소동위원소비를 -24.93~-23.69‰로 보고하였고, Banerjee 등(2015)은 -26.2~-23.4‰, Peck 등(2018)은 -25.31‰, Choi 등(2021)은 -25.99~-23.76‰로 본 연구 결과는 기존 연구자들이 보고한 것과 유사함을 보였다. 그러나 메이플시럽 23건 중 1건의 탄소동위원소비는 -11.03‰로 AOAC 기준인 -23.49‰을 초과하여 C₄ 당이 혼입된 것으로 확인되었다. 이는 Choi 등(2021)이 메이플시럽 1건에서 -21.38‰로 C₄ 당이 혼입된 것과 유사하였다. 시럽의 경우 식품공전 개별기준에 탄소동위원소비 기준은 설정되어 있지 않으나, AOAC 기준은 설정되어 있다. 이에 유통되는 메이플시럽 1건이 AOAC 기준에 적합하지 아니하여 식품공전상 당시럽류의 하위로 메이플시럽을 설정하고 탄소동위원소비 규격 추가가 필요할 것으로 사료된다.

Table 2 . δ¹³C values of the source in commercial maple syrup, agave syrup, corn syrup, and rice syrup.

Item (Number of samples)	Statistical index	δ13C range (‰), (Number of samples)
		−32∼−21 (C3)	−21∼−19	−19∼−11 (C4)
Maple syrup (23)	Average	−25.11±0.34 (22)ab	－	−11.03±0.14 (1)b
	Min	−25.79		−11.20
	Max	−24.61		−10.94
Agave syrup (17)	Average	−23.85±0.33 (1)b	－	−11.20±0.21 (16)b
	Min	−24.10		−11.71
	Max	−23.48		−10.98
Corn syrup (20)	Average	－	－	−11.94±0.39 (20)a
	Min			−12.64
	Max			−11.42
Rice syrup (10)	Average	−27.20±2.13 (10)a	－	－
	Min	−28.08
	Max	−21.18
Sugar (13)	Average	－	－	−12.52±0.46a
	Min			−13.32
	Max			−11.97
Total (83)	－	－	－	－

The data were expressed as mean±SD of three independent determinations. Same letters (a,b) in each row are not significantly different at the 5% level using Duncan’s multiple range in ANOVA test..

아가베시럽의 탄소동위원소비는 1건이 -24.10~-23.48‰로 평균 -23.85±0.33‰을 보였고, 16건은 -11.20±0.21‰을 보여 1건을 제외하고는 C₄ 식물과 비슷한 유형을 보였다. 아가베시럽의 원료인 용설란은 CAM 식물로 성장환경에 따라 C₃ 및 C₄와 유사한 광합성 경로를 나타낼 수 있다. CAM 식물은 건조한 환경에 적응하는 선인장, 아가베 식물 등이며, C₃ 및 C₄ 식물의 탄소동위원소비 값을 갖는다. Coplen과 Shrestha(2016)는 CAM 식물이 -34~-10‰의 광범위한 탄소동위원소비를 보였다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다. 다만, Chartrand와 Mester(2019), Banerjee 등(2015)은 아가베시럽에서 C₄ 식물의 탄소동위원소 비율을 나타냈는데, 이는 아가베 식물이 C₄ 식물의 광합성 조건에서 재배된 것이기 때문이라고 보고하였다. 본 연구에서 아가베시럽 1건의 경우 Choi 등(2021)이 보고한 아가베시럽의 탄소동위원소 비율 -11.21‰과 유사함을 보였고, 사탕수수당이나 옥수수 물엿과 통계적으로 유의한 차이는 있으나 혼입을 규정하기에는 어려움이 있었다. 향후 아가베시럽은 CAM 당으로 C₄ 당류와 범위가 겹치기에 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.

꽃이 피지 않는 계절에 설탕시럽을 먹여 만든 사양벌꿀은 -13.32±0.80‰로 사탕수수당(-12.52±0.46‰)과 유사하였다. 또한 Cho 등(2012)이 보고한 사양벌꿀의 탄소동위원소비(-12.89±0.73‰)와도 유사한 결과를 보였다. C₄ 당류인 옥수수 물엿은 -11.94±0.39‰로 Choi 등(2021)이 보고한 결과(-11.35±0.34‰)와 Chartrand와 Mester(2019)가 보고한 결과(-11.07±0.16‰)와 유사했으며, 비교적 저가로 C₃ 당류인 쌀 물엿 및 올리고당은 -27.20±2.13‰로 다른 C₃ 당류보다 가장 낮음을 보였고 Chartrand와 Mester(2019)가 보고한 -28.0~-27.5‰과 유사하였다.

이와 같이 벌꿀의 탄소동위원소비 분석법은 물리, 화학, 생물학적 처리와 무관하게 정확하고 일관성 있는 데이터를 볼 수 있었다. 본 연구의 결과를 통해 유통되는 벌꿀의 구분에 효과적으로 활용될 것으로 사료되며 기존 연구자들에 의해 보고된 벌꿀의 탄소동위원소비 결과와 유사한 경향으로 본 연구의 결과는 C₃ 식물 그룹 범위(-27~-21‰), C₄ 식물 그룹 범위(-19‰ 미만)로 확연한 차이를 나타냈다.

유리당 분석 결과

벌꿀의 품질평가 척도 중 하나인 벌꿀과 사양벌꿀의 당의 조성을 분석한 결과는 Fig. 1 및 Table 3과 같다. 벌꿀의 주성분으로는 단당류인 과당과 포도당이 있으며 자당을 포함한 이당류가 전체 가용성분의 약 60~80%를 차지하여 수분함량을 제외하고는 이들 당류가 벌꿀 성분의 대부분을 차지하고 있다. 이에 식품공전에서는 벌꿀에 함유된 당류의 기준을 과당과 포도당의 합인 전화당의 경우 60% 이상, 자당의 경우 7% 이하로 규정하고 있다(MFDS, 2023).

Table 3 . Free sugars, invert sugar, and F/G ratio of circulated honey and sugar-fed honey in Jeju (unit: %, g/100 g).

Nectar (Number of samples)		Free sugars (%)				Invert sugar (%)1)	Total sugar (%)	F/G2) ratio
		Fructose	Glucose	Sucrose	Maltose
Acacia (n=17)	45.81±2.94de	28.56±1.16b	1.36±1.12a	3.16±1.65abcd	74.37±3.49de	78.88±2.96ab	1.61±0.10ef
Wild-flower (n=10)	40.74±3.84bc	28.10±1.91b	3.21±1.67ab	2.62±2.38abc	68.84±5.08abcd	74.67±3.15ab	1.45±0.12cde
Wild-flower (n=1)	36.99±0.17ab	30.23±0.25bc	3.67±0.04ab	4.35±0.32bcd	67.22±0.41abc	75.23±0.63ab	1.22±0.01ab
Poly-flower (n=8)	40.61±1.57bc	29.37±2.44b	2.29±2.03a	2.06±1.65ab	69.98±2.69abcde	74.33±4.50ab	1.39±0.14bcd
Poly-flower (n=2)	35.59±0.34a	28.91±0.28b	3.38±0.96ab	5.65±1.39d	64.50±0.05a	73.53±2.39a	1.23±0.02ab
Mandarin orange (n=2)	39.84±3.76abc	30.45±2.60bc	1.89±0.89a	2.79±2.08abc	70.29±6.36cde	74.96±3.39ab	1.31±0.01abc
Snowbell (n=3)	39.96±3.07abc	29.35±1.24b	2.93±1.52ab	2.42±2.25ab	69.31±4.24abcde	74.67±6.78ab	1.36±0.06abcd
Chestnut (n=2)	46.94±1.44e	22.94±1.08a	4.73±0.08b	5.80±0.07d	69.88±0.35abcde	80.41±0.37b	2.05±0.16g
Linden (n=1)	41.25±0.45bc	32.44±0.27c	－	4.34±0.44bcd	73.69±0.72de	78.03±1.03ab	1.27±0.01abc
Eucalyptus-flower (n=1)	39.81±0.24abc	31.04±0.76bc	2.64±0.22ab	4.13±0.24bcd	70.85±1.00bcde	77.62±0.57ab	1.28±0.02abc
Manuka (n=1)	46.56±1.90de	28.49±1.22b	－	1.25±0.18a	75.05±3.11e	76.30±3.40ab	1.63±0.01f
Honey (n=48)	Average	42.51±4.11cd	28.67±2.11b	2.22±1.71a	3.05±1.94abcd	71.18±4.46bcde	76.44±3.98ab	1.49±0.20def
	Min	35.35	22.18	ND	1.08	61.41	66.48	1.21
	Max	52.04	32.51	6.61	7.40	81.84	84.85	2.16
Sugar-fed honey (n=10)	Average	35.90±1.91a	30.17±1.59b	3.21±0.69ab	5.34±1.24cd	66.06±3.15ab	74.61±2.99ab	1.19±0.06a
	Min	33.63	26.84	2.37	4.11	60.86	70.07	1.10
	Max	38.89	32.16	4.52	7.91	71.05	79.99	1.27
Total (58)		－	－	－	－	－	－	－

The data were expressed as mean±SD of three independent determinations. Same letters (a-g) in each column are not significantly different at the 5% level using Duncan’s multiple range in ANOVA test..

ND: not detected..

¹⁾Sum of frucotose and glucose. ²⁾F: fructose, G: glucose..

Fig 1. Carbohydrate amounts in natural honey and sugar-fed honey. F/G: fructose/glucose.

본 연구에서 수집한 벌꿀(n=48)의 과당 함량은 35.35~52.04%(42.51±4.11%)의 범위로 Table 3과 같다. 아카시아 벌꿀(n=17), 야생화꿀(n=10), 잡화꿀(n=8), 밤꿀(n=2) 등의 과당 함량은 사양벌꿀(35.90±1.91)과 유의성이 확인되었다(P<0.05). 다만, 탄소동위원소비가 기준인 -22.5‰을 초과하는 -14.51‰을 나타낸 야생화(n=1) 꿀의 과당 함량은 36.99%, 탄소동위원소비가 -12.81‰, -13.22‰을 보인 잡화꿀(n=2)의 과당 함량은 35.59%로 사양벌꿀과 유의성이 인정되지 않고 유사함을 보였다(P<0.05). 이러한 결과에서 순수 벌꿀이 아닌 사양벌꿀이 과당 함량에서 확연한 유의적 차이를 나타내었고, 밀원별로는 야생화꿀, 잡화꿀보다 밤꿀, 마누카꿀, 아카시아 벌꿀이 높은 함량을 나타내었다. 포도당 함량의 경우에는 22.18~32.51%(28.67±2.11%)의 범위를 보였고, 전체적으로 밤꿀(n=2)이 22.94%로 낮은 함량을 보였다. 이는 Kim 등(2014)의 밤꿀의 포도당 함량이 22.6%라고 보고한 결과와 유사하였다. 한편, 이들의 합인 전화당은 61.41~81.84%(71.18±4.46%) 범위를 보였는데, 아카시아 벌꿀, 감귤꽃 꿀, 피나무꿀, 마누카꿀은 사양벌꿀과 차이를 보였지만, 야생화꿀, 잡화꿀, 때죽나무꿀, 밤꿀 등은 밀원별 차이가 명확하지 않았다(Table 3). 벌꿀의 자당 함량은 불검출~6.6%(2.22±1.71%)를 보였다. 본 연구 결과, 벌꿀의 전화당과 자당 함량은 벌꿀의 식품공전 당류 기준 규격 이내로 양호함을 보였다.

사양벌꿀(n=10)의 과당 함량은 33.63~38.89%(35.90±1.91%)의 범위, 포도당의 함량은 26.84~32.16%(30.17±1.59%), 전화당은 60.86~71.05%(66.06±3.15%), 자당은 2.37~4.52%(3.21±0.69%)를 보였다(Table 3). 사양벌꿀의 당류 분석 결과는 Kim 등(2014)이 보고한 과당이 36.1%, 포도당이 30.5%, 자당이 4.2%, 전화당이 66.6%로 유사함을 보였다. 제주에서 유통되는 사양벌꿀의 전화당과 자당 함량 모두 사양벌꿀의 식품공전 당류 기준 규격 이내로 양호한 것으로 판단된다.

기존 벌꿀의 전화당 함량 조사 결과를 살펴보면 Lee 등(2007)은 인천지역에서 유통되는 벌꿀 중 국내산의 경우 전화당 함량이 71.10~73.79%라 보고하였고, 수입산의 경우 69.80~71.27% 수준이라 보고한 바 있다. 기존 연구의 전화당 함량 조사 결과와 본 연구의 결과는 유사한 결과이며, 식품공전 및 Codex 기준에 적합한 결과로 전화당 함량 역시 국내 품질 규격 관리가 비교적 양호한 것으로 판단된다. 다만, 탄소동위원소 비율이 부적합한 벌꿀의 전화당 함량이 67.22%, 64.46%, 64.54%로 60% 이상을 보였고, 자당 함량은 3.67%, 2.70%, 4.05%로 전화당과 자당 함량만으로 순수 벌꿀의 여부를 판별하는 데에는 한계가 있음을 보였다.

메이플시럽, 아가베시럽, 옥수수 유래 물엿, 쌀로 만든 물엿의 당 조성을 분석한 결과는 Fig. 2와 같다. 메이플시럽의 과당 함량은 1.85±2.18%, 포도당 함량은 1.92±2.88%, 자당 함량은 32.57~81.83%로 대부분 자당 함량이 높았다. 또한 메이플시럽의 총당 함량이 60%를 초과하여 기준이 적합함을 보였다. 아가베시럽의 과당 함량은 69.47±9.29%, 포도당 함량은 11.17±7.45%, 자당은 불검출~2.45%로 대부분 과당 함량이 높음을 보였다.

Fig 2. Carbohydrate amounts in maple syrup, agave syrup, cone taffy syrup, and rice syrup.

옥수수와 쌀 원료로 제조된 당류가공품의 당류 조성 및 시판되는 설탕의 당류 조성의 기초적인 데이터를 확보하기 위해 분석한 결과는 Fig. 2, Fig. 3에 나타내었다. 옥수수 유래 당류가공품(Fig. 2C)의 과당 함량은 8.65±10.78%, 포도당은 14.65±8.42%, 자당은 6.98±12.27%, 맥아당은 15.80±18.00%를 보였다. 쌀 유래 당류가공품(Fig. 2D)의 과당 함량은 0.98±0.89%, 포도당은 13.73±4.95%, 자당은 0.96±1.76%, 맥아당은 24.41±9.68%를 보였다. 사탕수수당인 백설탕 및 황설탕(n=13)의 자당은 97.98±5.65%를 보였다(Fig. 3).

Fig 3. Carbohydrate amounts in cane sugar.

벌꿀의 주성분으로 알려진 전화당, 즉 과당과 포도당 함량에 대한 비율(F/G 비율)의 결과는 Table 3과 같다. 탄소동위원소 비율이 -22.5‰ 이하인 경우는 C₃ 식물군을 밀원으로 하는 순수 벌꿀로 파악하고 있는데 유통되는 순수 벌꿀의 F/G 비율은 아카시아 벌꿀이 1.61±0.10, 야생화꿀이 1.45±0.12, 잡화꿀이 1.39±0.14, 감귤꽃 꿀이 1.31±0.01, 때죽나무꿀이 1.36±0.06, 밤꿀이 2.05±0.16, 피나무꿀이 1.27±0.01, 유칼리꿀이 1.28±0.02, 마누카꿀이 1.63±0.01로 1.21~2.16 범위를 나타내었다. 유통 벌꿀(n=48)에 대한 F/G 비율은 1.49±0.20이었으며, 아카시아 벌꿀, 야생화꿀, 잡화꿀, 때죽나무꿀, 밤꿀, 마누카꿀은 사양벌꿀과 차이를 보였다(P<0.05). 사양벌꿀(n=10)의 F/G 비율은 1.19±0.06을 보여 Cho 등(2012), Choi 등(2021), Kim 등(2014)의 결과와 유사함을 보였다. 다만, 탄소동위원소비가 기준인 -22.5‰을 초과하는 -14.51‰을 나타낸 야생화꿀(n=1)의 F/G 비율은 1.22이고 탄소동위원소비가 -12.81‰, -13.22‰을 보인 잡화꿀(n=2)의 F/G 비율은 1.21, 1.25로 순수 벌꿀에 비해 낮은 경향을 보였다. Cho 등(2012)에 의하면 국내산 벌꿀의 F/G 비율은 아카시아 벌꿀, 밤꿀, 잡화꿀이 1.3 이상, 사양벌꿀의 경우 1.3 미만(1.19±0.05)을 나타내었다고 보고했는데 본 연구에서의 유통 벌꿀 45개 제품에서 F/G 비율이 평균 1.3(1.49±0.20) 이상을 보였다. 다만, 부적합 유통 벌꿀 3개 제품의 F/G 비율이 1.21, 1.25, 1.22를 보여, 대표적인 밀원인 아카시아 벌꿀, 야생화꿀, 잡화꿀, 밤꿀 등은 F/G 비율의 특성이 뚜렷한 경향을 나타내어 탄소동위원소 비율 분석과 병행하여 활용한다면 벌꿀의 구분에 효과적으로 활용될 것으로 판단된다. 하지만 일부 피나무꿀과 유칼리꿀의 F/G 비율이 1.27과 1.28로 1.3 미만을 보여 F/G 비율만으로 모든 순수 벌꿀의 혼입을 확인하는 데는 한계를 보였다.

자당 함량은 벌꿀의 경우에 불검출~6.6% 범위, 사양벌꿀은 2.37~4.52%를 보여 Kim 등(1994)이 보고한 강원지역 벌꿀의 자당 함량이 0.85~3.00%라 보고한 바 있어 본 연구의 자당 함량(3.21±0.69%)과 유사한 수준이었다. 식품공전 기준 함량인 7%에 모두 만족하여 품질 면에서 문제가 없는 것으로 판단된다(Table 3).

자당은 벌의 타액 속에 함유된 효소의 작용으로 과당과 포도당으로 분해되어 꿀의 주성분을 이룬다. 따라서 꿀의 채집이 어려운 장마철 또는 꽃이 부족한 겨울에는 설탕시럽을 꿀벌의 먹이로 사용하여 수명을 늘림으로써 양봉 소득에 도움을 주고 있다. 하지만 자당을 사용한다고 하더라도 벌의 타액인 invertase에 의해 대부분이 과당 및 포도당으로 전환되기 때문에 설탕 함유에 따른 품질 특성을 구별하기에는 곤란하다. 따라서 순수 벌꿀의 구별에 용이한 탄소동위원소 비율 또는 F/G 비율을 동시에 분석하는 방법으로 순수 벌꿀을 판별할 필요가 있다.

본 연구의 결과는 기존 연구자들에 의해 보고된 벌꿀의 탄소동위원소비 결과와 유사한 경향으로 C₃ 식물 그룹 범위(-27~-21‰), C₄ 식물 그룹 범위(-19‰ 미만)로 확연한 차이를 나타냈다. 유통 벌꿀 48건 중 식품공전의 탄소동위원소비 기준인 -22.5‰을 초과하는 것은 총 3건으로 -12.81‰, -13.22‰, -14.51‰을 나타내어 천연벌꿀 제품이 아니고 설탕을 먹여서 키운 사양벌꿀이 유통되었을 것으로 보인다. 다만, 탄소동위원소 비율이 부적합한 벌꿀의 전화당 함량이 60% 이상을 보였고, 자당 함량은 7% 이하로 전화당과 자당 함량만으로 순수 벌꿀의 여부를 판별하는 데에는 한계가 있었다. 본 연구의 결과를 통해 탄소동위원소비는 유통되는 벌꿀의 구분에 효과적으로 활용될 것으로 사료되고, 순수 벌꿀의 설탕 혼입은 탄소동위원소 비율 또는 F/G 비율 분석과 병행하여 활용한다면 순수 벌꿀의 판별에 도움을 줄 것으로 보인다. 또한, 메이플시럽(n=23) 중 1건이 AOAC의 메이플시럽 기준에 부합하지 않았다. 이에 식품공전 당시럽류의 하위로 메이플시럽을 설정하고 탄소동위원소 비율 규격 추가가 필요할 것으로 보인다.

본 연구는 유통 당류(n=141)에서 C₄ 사탕수수당 혼입 여부를 확인하기 위하여 탄소동위원소비, 전화당, 자당 함량을 분석하였다. 탄소동위원소비 분석 결과, 유통 벌꿀(n=48) 중 3건(6.25%)은 C₄ 사탕수수당이 혼입된 것으로 판정되었고 45건의 벌꿀은 모두 식품공전의 기준(‰)에 적합하였다. 사양벌꿀(n=10)의 탄소동위원소비 범위는 -15.13~-12.63‰로 C₄ 당의 특성을 보였다. CAM 당류인 아가베시럽(n=17)은 -24.10~-10.98‰의 범위를 보였다. C₄ 당인 사탕수수당(n=13)의 탄소동위원소비는 -13.32~-11.97‰, 옥수수 물엿은 -12.64~-11.42‰, 쌀 물엿은 -28.08~-21.18‰이었다. 시럽의 경우 식품공전 개별기준에 탄소동위원소비 기준은 설정되어 있지 않으나, AOAC 기준은 설정되어 있다. 유통되는 메이플시럽(n=23) 중 1건이 AOAC 기준에 적합하지 아니하여 식품공전상 당시럽류의 하위로 메이플시럽을 설정하고 탄소동위원소비 규격 추가가 필요할 것으로 사료된다.

본 논문은 제주특별자치도 보건환경연구원 연구사업의 연구비 지원으로 이루어졌으며, 이에 감사드립니다.